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类金刚石（diamond-like carbon）薄膜具有高硬度、高弹性模量、优异的减摩耐磨性能、良好的光透过性、较强的化学稳定性和生物相容性等优异的性能,在太空机械、工模具、汽车、电子器件、光学、生物医学等领域拥有广阔的应用前景。然而,大量的研究发现类金刚石薄膜（DLC）中存在着很大的残余应力,不仅削弱了薄膜与基体之间的结合强度导致薄膜在服役过程中提前剥落失效,还限制了薄膜的沉积厚度,此外DLC薄膜还存在摩擦学行为对服役环境敏感性高的缺点,这些因素均限制了DLC薄膜在工业中的大规模应用。为了改善DLC薄膜的固有缺陷,满足工业应用的要求,本文通过金属、非金属以及化合物异质掺杂的方法对类金刚石薄膜进行改性,针对高温、高湿、干燥、贫油等不同的摩擦磨损服役工况,制备出了综合性能优异的掺钨DLC薄膜、掺硅DLC薄膜和WS2掺杂DLC薄膜。采用磁控溅射和阳极层流型离子源复合沉积技术在H13热作模具钢和Si（100）基体表面制备了钨元素掺杂的DLC薄膜,以减小DLC薄膜中的残余应力、提高薄膜在高温环境中的热稳定性和减摩耐磨性能。为了减小薄膜与基体之间的物理失配、缓解界面应力并提高膜基结合强度,本试验通过工艺设置在DLC薄膜和基体之间构筑了Cr/CrN/CrNC/CrC梯度过渡层,大幅度地提高了DLC薄膜与基体间的结合强度。最终在H13钢表面沉积的掺W类金刚石薄膜的厚度可达3.51μm,膜基结合强度达HF2级,薄膜的显微硬度可达2289HV。采用TEM、SEM、XRD等检测方法对掺W类金刚石薄膜的微观结构和化学成分进行分析,发现W元素是以WC1-x纳米晶团簇的形式弥散地镶嵌在DLC薄膜三维碳基网络中,构成了纳米晶-非晶复合结构。随后本文系统地研究了掺W类金刚石薄膜从室温25℃到500℃温度范围内的摩擦磨损行为,得到的试验结果表明:在DLC薄膜中掺杂W元素不仅可以降低薄膜内应力和提高膜基结合力,还能提高薄膜在高温条件下的稳定性。在200℃以下能保持结构和摩擦学性能的稳定性,300℃加热时薄膜会发生部分石墨化,同时表面开始氧化,薄膜的耐磨损性能开始下降;400℃时氧化严重,薄膜中的C大量损失,薄膜主要由WO3相组成疏松的结构,薄膜的耐磨损性能将显著降低;500℃时其摩擦系数仍能保持在0.15以下,但其磨损率要远高于25℃200℃温度范围内磨损的样品。采用中频磁控溅射和离子源辅助沉积技术,通过正交试验优化工艺参数,在Cr12MoV模具钢和Si（100）表面成功地制备了膜层结构细腻、致密的含氢掺硅DLC薄膜。Si元素掺杂含量是影响薄膜机械性能和摩擦学性能的关键因素,当Si含量为3.75at.%时,Si-DLC薄膜的硬度为2039HV,膜基结合强度在30N以上。此外,Si元素的掺入还可以降低薄膜摩擦学性能对摩擦环境湿度的敏感性,当Si含量在3.383.75 at.%范围时,Si-DLC薄膜在高湿度和低湿度条件下的摩擦系数均可稳定在0.13左右。为了使DLC薄膜能够同时适应多种服役环境,采用中频磁控溅射和离子源辅助沉积技术在9310渗碳钢、TC4钛合金、K20硬质合金三种基体上制备了掺WS2类金刚石薄膜。WS2掺入DLC薄膜后是以WC1-x和WS2纳米晶团簇的形式弥散分布于碳基网络之中,使得W-S-C复合薄膜既具有DLC薄膜高硬度、高耐磨性能,又拥有WS2良好的自润滑性能。将制备的W-S-C复合薄膜样品分别放在干燥的氮气、湿润的大气、油润滑等环境中进行摩擦磨损试验,试验结果证实复合薄膜样品在不同的摩擦条件下均具有很低而且稳定的摩擦系数。其中,在干燥氮气气氛中的摩擦系数可低至0.03,在油润滑协同下的摩擦系数为0.04,在大气环境中无油润滑条件下的摩擦系数约0.15,此外在大气环境中和9310对偶副对磨时的磨损率可低至9.105×10-8mm3·N-1·m-1。